東北大、超高速・低消費電力集積回路を実現する新構造磁気メモリ素子を開発

そこで今回、同研究グループは、これまでに知られていた2つの方式とは異なるスピン軌道トルク磁化反転の第三の方式を考案。理論計算をもとに材料・素子構造を設計し、微細加工技術を用いてSi基板上にナノメートルスケールの素子を作製し、その特性を室温で電気的に評価した。電流を導入する重金属チャネル層にはタンタル(Ta)を用い、また磁化が反転する強磁性層にはコバルト鉄ボロン(CoFeB)合金を使用している。

作製した素子の磁化反転特性を評価したところ、同材料系におけるスピン・軌道相互作用から予測されたとおりの磁化反転が観測された。磁化反転に要した電流密度は1011 A/m2台の前半であり、これは実用上、十分に小さい値となっている。また実験に加えて行われた理論計算から、今回の新構造素子は、従来のMRAM素子よりも10倍程度高速な1ナノ秒レベルでの磁化反転を低電流で実現できることも示された。さらにこれまで知られていた2つの方式の素子についても作製・評価し、新構造素子の特性と比較したところ、スピン軌道トルク磁化反転を誘起するのに必要な電流密度の閾値を決める因子についても、これまで知られていなかった知見を得ることができたという。